Kỹ thuật gene chống Covid-19

Xáo trộn mã di truyền virus

Năm 2019, Stanley Qi, trợ lý giáo sư thuộc khoa Sinh học và hệ thống sinh hóa tại Đại học Stanford cùng một nhóm các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu một kỹ thuật gene, được gọi là PAC-MAN - sử dụng công cụ chỉnh sửa gene CRISPR chống lại bệnh cúm.

Nhưng công trình nghiên cứu bị thay đổi tháng 1/2020, khi đại dịch Covid-19 bùng phát. Nhóm nghiên cứu Qi bất ngờ đối mặt với một loại virus bí ẩn mới. 

Cuối tháng 3, nhóm Qi hợp tác với nhóm nghiên cứu do Michael Connolly, kỹ sư trưởng thuộc Phòng cấu trúc nano sinh học tại Nhà sản xuất phân tử của Phòng thí nghiệm Berkeley phát triển một hệ thống nhằm đưa PAC-MAN vào tế bào của bệnh nhân .

Giống như tất cả các hệ thống CRISPR, PAC-MAN bao gồm một enzym - trong trường hợp này là enzym diệt virus Cas13 và chuỗi RNA dẫn hướng, điều khiển Cas13 phá hủy các chuỗi nucleotide cụ thể trong bộ gene của coronavirus.

Chỉnh sửa gene để kháng khuẩn coronavirus.

Bằng giải pháp xáo trộn mã di truyền virus, PAC-MAN có thể vô hiệu hóa coronavirus và ngăn chặn virus sao chép gene trong các tế bào người bệnh.

Liệu pháp PAC-MAN/lipitoid

Nhà khoa học Qi cho biết, thách thức chính trong việc chuyển dịch PAC-MAN từ một công cụ phân tử sang liệu pháp chống Covid-19 là tìm một giải pháp hiệu quả để đưa vào tế bào phổi người bị lây nhiễm. Nguyên nhân chính là khi SARS-CoV-2 xâm chiếm các tế bào phổi, túi khí người bệnh bị viêm và chứa đầy chất lỏng, làm bệnh nhân mất khả năng thở, dẫn đến tử vong.

Sau đó, nhóm khoa học biết về công trình của nhóm nghiên cứu do kỹ sư trưởng công nghệ Michael Connolly dẫn đầu, làm việc với các phân tử tổng hợp, được gọi là lipitoids tại Nhà sản xuất phân tử.

Lipitoids (lipid-peptoid) là một phiên bản của peptide tổng hợp, được biết đến là peptoid, phát hiện được lần đầu tiên cách đây 20 năm bởi Ron Zuckermann, cố vấn của Connolly.

Những thập kỷ sau đó, Connolly và Zuckermann nghiên cứu phát triển các phân tử phân phối những peptoid, tương tự như lipitoids.

Phối hợp với những nhà khoa học khác của Nhà sản xuất Phân tử, nhóm nghiên cứu chứng minh được tính hiệu quả của lipitoids trong việc cung cấp ADN và RNA cho nhiều dòng tế bào khác nhau trong cơ thể người.

Hiện nay, các nhà khoa học, khi nghiên cứu sử dụng lipitoids cho những ứng dụng trị liệu tiềm năng chứng minh rằng, những vật liệu này không độc hại với cơ thể, có thể cung cấp nucleotide bằng giải pháp bọc trong những hạt nano nhỏ có đường kính một phần tỷ mét - kích thước của virus.

Nhờ vậy, Stanley Qi hy vọng sẽ đưa liệu pháp điều trị Covid-19 trên cơ sở CRISPR vào cơ thể bằng Hệ thống phân phối lipitoid mà Nhà sản xuất phân tử (Molecular Foundry) đang phát triển.

Cuối tháng 4/2020, các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Stanford thử nghiệm một loại lipitoid - Lipitoid 1 – có thể tự ráp nối với ADN và RNA, trở thành các phương tiện mang PAC-MAN vào một mẫu biểu mô tế bào phổi ở người.

Theo Qi, lipitoids hoạt động rất tốt. Khi được đóng gói với PAC-MAN chống coronavirus, hệ thống làm giảm hơn 90% SARS-CoV-2 tổng hợp trong dung dịch thí nghiệm.

Nhóm nghiên cứu có kế hoạch thử nghiệm hệ thống PAC-MAN/lipitoid trên mô hình động vật sống chống lại virus SARS-CoV-2. Tham gia vào công trình nghiên cứu này có các cộng tác viên tại Đại học New York và Viện Karolinska ở Stockholm, Thụy Điển.

Nếu thành công, nhóm các nhà khoa học hy vọng sẽ tiếp tục hợp tác với Connolly để phát triển và hoàn thiện các liệu pháp PAC-MAN/lipitoid, phục vụ cho điều trị SARS-CoV-2 và các coronavirus khác, nghiên cứu mở rộng các thí nghiệm để thử nghiệm tiền điều trị trên con người.

Ông Connolly cho biết, với một lipitoid vận chuyển trị liệu hiệu quả, kết hợp với phương thức chỉnh sửa gene CRISPR, có thể tạo ra một chiến lược y tế mạnh chống lại dịch bệnh do virus,

Kết quả nghiên cứu có giá trị khoa học rất cao và được công bố trên Tạp chí Cell. Sẽ nhanh chóng có được những giải pháp trị bệnh hiệu quả cao khi kết hợp kinh nghiệm chuyên sâu và thử nghiệm những ý tưởng điều trị mới tại nhiều cơ sở nghiên cứu trong giai đoạn khó khăn này.